УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЛАЗЕРНОЙ ВЫВЕРКИ, ПРЕДНАЗНАЧЕННОЕ ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ С БУРОВОЙ УСТАНОВКОЙ Российский патент 2014 года по МПК E21B7/04 E21B47/22 G01B11/26 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к устройствам для выверки и, в частности, к устройствам, которые могут быть использованы для выверки буровых установок с обеспечением правильного азимута бурения.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

При горнорудных работах, подземных или карьерных (например, при добыче алмазов, золота и т.п.) после формирования рудника обычно происходит формирование разведочных буровых скважин для определения расположения рудных тел. Эти буровые скважины могут иметь длину до 1 км, однако обычно намного короче.

Сначала геологи определяют вероятное положение рудного тела или залежи. Шахтный геолог проектирует рудник и положение разведочных скважин, а маркшейдеры наносят маркшейдерские знаки в надлежащих местах, отмечая намеченные положения скважин. Эти маркшейдерские знаки содержат первую метку, расположенную на одной из стен шахты, и вторую метку, расположенную на противоположной шахтовой стене. Эти знаки обычно представляют собой маленькие отражающие квадратики, прикрепленные к шахтовой стене. «Линия разметки» между этими двумя знаками будет точно показывать направление, в котором буровому устройству следует бурить скважину. Эта технология представляет собой известную технологию. Для карьеров обычно используются пара колышков или знаки, вставленные в грунт.

Направление обычно имеет две составляющие: «угол возвышение» и «азимут». Возвышение соответствует углу к горизонтали, под которым проходит ориентированная буровая штанга, а азимут соответствует углу или направлению вокруг вертикальной оси, относительно которой ориентирована буровая штанга.

Обеспечение точного «угла возвышения» обычно не представляет собой большую проблему, поскольку буровая установка может быть легко повернута по направлению вверх или вниз с обеспечением точного угла возвышения. Однако обеспечение точного «азимута» в настоящее время представляет собой проблему, причем даже небольшая погрешность в значении азимута может привести к браковке буровой скважины.

После нанесения маркшейдерских знаков происходит размещение буровой установки для бурения необходимых образцов грунта. Буровая установка обычно представляет собой очень большое самоходное устройство. Обычное устройство содержит колесное или тракторное транспортное средство, содержащее выдвигаемую по направлению вперед мачту стрелы, к которой прикреплена буровая установка. Буровая установка прикреплена к мачте стрелы таким образом, что она может принять любой необходимый угол (на фиг.1 и 2 буровая установка направлена вниз).

Этот тип устройства хорошо известен, и существует много различных размеров и типов таких устройств, например устройство по фиг.3 представляет собой пример самодвижущейся буровой установки с бортовым поворотом.

После размещения буровой установки в приблизительно необходимом положении (определено маркшейдерскими знаками) ее нужно очень точно отрегулировать согласно маркшейдерским знакам. После завершения такого регулирования происходит закрепление буровой установки в необходимом положении, причем это обычно происходит путем прикрепления буровой установки болтами к шахтному полу с использованием известного типа устройства для позиционирования подающей рамы. Для больших буровых установок веса такой буровой установки может быть достаточно для сохранения ее положения.

Затем происходит включение буровой установки для бурения необходимой скважины.

Настоящее изобретение относится к устройству с лазерным блоком, которое может быть использовано для очень точного регулирования азимута буровой установки до закрепления болтами буровой установки на месте.

Обычно линии разметки использованы для выверки положения буровой установки до ее закрепления. Таким образом, линия разметки проведена между маркшейдерскими знаками, расположенными на противоположных стенах шахтного ствола. Затем происходит размещение буровой установки по возможности максимально близко к линии разметки и ее выверка по линии разметки (то есть буровую установку выверяют до положения параллельного линии разметки для получения точного значения азимута). Вследствие размера и формы установки нет возможности размещения буровой установки по линии разметки, и обычно буровая установка расположена на некотором расстоянии от линии разметки. При «обычном» размере установки она будет расположена на расстоянии, составляющем приблизительно 1 м от линии разметки, однако установка с большим размером может быть расположена на расстоянии, составляющем 3-4 м от линии разметки. Измерительная лента затем использована для точного измерения расстояния между передней и задней частями буровой установки и линией разметки для обеспечения положения буровой установки точно параллельно линии разметки, так что при бурении скважины она будет иметь правильный азимут.

На практике при использовании этого известного способа линий разметки и измерительных лент трудно получить уровень точности, необходимый геологам. После завершения бурения направляющей скважины и достижения первого маркшейдерского знака (обычно на расстоянии, составляющем от 5 до 15 метров), происходит вставка в пробуренную скважину устройства для измерения ее искривления. Это устройство для измерения искривления скважины обычно обеспечивает считывание значений угла возвышения и азимута направляющей скважины. Бурильщик затем проверяет эти значения со схемами скважин, и при отсутствии их надлежащей точности скважину необходимо бурить заново.

Стоимость бурения каждой скважины может составлять много тысяч долларов, известна стоимость бурения скважины, составляющая 100000 долларов за скважину. Буровой подрядчик не получает оплаты за «бракованную» скважину.

В настоящем описании термин «буровая установка» не представляет собой ограничительный термин и включает любой тип буровой установки или установки для бурения с поверхности, выполненной с возможностью бурения скважины в любом типе горной разработки, включая карьер или шахту.

Очевидно, что при упоминании здесь публикации, отражающей известный уровень техники, эта ссылка не дает возможности предполагать, что эта публикация образует часть общеизвестных сведений в этой области техники в Австралии или и любой другой стране.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к регулируемой подвесной стойке, которая может по меньшей мере частично устранять по меньшей мере один из вышеописанных недостатков или обеспечить потребителю выгодный или коммерческий выбор.

Согласно приведенному выше описанию настоящее изобретение в одной из расширенных форм обеспечивает в широком смысле устройство для лазерной выверки, предназначенное для использования с буровой установкой, имеющей удлиненную буровую штангу, и содержащее блок головки, содержащий по меньшей мере одно лазерное излучающее устройство, причем эти лазерные устройства выполнены с возможностью перемещения только в одной плоскости, крепежные средства для прикрепления блока головки к буровой установке и блок регулируемой длины для регулирования расположения блока головки относительно буровой штанги, причем устройство для лазерной выверки выполнено с возможностью его использования для выверки по меньшей мере азимута буровой штанги относительно маркшейдерских знаков.

В альтернативном варианте настоящее изобретение обеспечивает устройство для лазерной выверки, предназначенное для использования с буровой установкой, имеющей удлиненную буровую штангу, и содержащее блок головки, содержащий по меньшей мере одно лазерное излучающее устройство, причем эти лазерные устройства выполнены с возможностью перемещения только в одной плоскости, крепежные средства для прикрепления блока головки к буровой установке и регулируемый блок для регулирования положения блока головки относительно буровой штанги, причем устройство для лазерной выверки выполнено с возможностью его использования для выверки по меньшей мере отклонения буровой штанги относительно маркшейдерских знаков в горизонтальной плоскости.

По меньшей мере одно лазерное излучающее устройство может предоставлять собой поворотный или неподвижный лазер, выполненный с возможностью излучения лазерного луча. При использовании поворотной конструкции в каждом из устройств обычно будет выполнен только один лазер.

Однако несколько лазеров могут быть использованы для решения различных задач, например один из поворотных лазеров может быть использован для выверки азимута буровой штанги, а второй поворотный лазер может быть использован для выверки отклонения или угла.

В предпочтительном примере реализации настоящего изобретения устройство для лазерной выверки выверяет угол наклона (pitch) и отклонение буровой штанги в горизонтальной плоскости (yaw) или, другими словами, уклон и азимут буровой штанги. Обычно лазерное устройство использовано для выверки азимута или отклонения буровой штанги относительно маркшейдерских знаков и горизонтальной плоскости для обеспечения правильного направления буровой штанги. В дополнение или в качестве альтернативного варианта могут быть использованы направляющие устройства после выполнения выверки лазерным устройством.

Уклономер или угломер может быть использован для подтверждения правильности уклона или угла наклона буровой штанги.

Устройство согласно настоящему изобретению может быть использовано под землей или над ней, то есть на поверхности.

Согласно приведенному выше описанию настоящее изобретение во втором варианте обеспечивает в широком смысле устройство для лазерной выверки, предназначенное для использования с буровой установкой, имеющей удлиненную буровую штангу, и содержащее блок головки, содержащий по меньшей мере пару лазерных излучающих устройств, размещенных на блоке головки независимо друг от друга, причем каждое из этих лазерных устройств выполнено с возможностью перемещения только в одной плоскости и ориентировано по существу в противоположном направлении относительно другого такого устройства, крепежные средства для прикрепления блока головки к буровой установке и регулируемый блок для регулирования расстояния между блоком головки и буровой штангой, причем устройство для выверки использовано для выверки по меньшей мере азимута буровой штанги относительно маркшейдерских знаков.

Обычно лазеры использованы для выверки или регулирования буровой штанги в отношении правильного угла возвышения или угла, такого как азимут.

Согласно приведенному выше описанию обычно сложно получить необходимый геологам и маркшейдерам уровень точности выверки буровой установки с использованием известного способа линий разметки и измерительных лент. Настоящее изобретение устраняет необходимость в наличии линий и струн разметки и измерительных лент и увеличивает точность выверки буровой установки и, таким образом, точность пробуриваемых скважин.

Предпочтительно выполнение выверки буровой установки до ее закрепления в положении для бурения скважины.

Буровая установка, в отношении которой использовано устройство согласно настоящему изобретению, обычно содержит пару параллельных стальных подающих рельсов. Использована тележка, которая обычно совершает перемещение по этим рельсам.

Устройство согласно настоящему изобретению обычно прикреплено к подающим рельсам, однако оно может быть выполнено прикрепленным к любой из частей буровой установки. Для обеспечения крепления может быть использовано любое приспособление, однако предпочтительно использование защищенного крепления, однако такое крепление должно быть выполнено с обеспечением возможности его легкого удаления, поскольку устройство обычно удаляют перед началом бурения.

Предпочтительные способы крепления включают штырь и гнездо или зажимы, однако наиболее предпочтительно наличие магнитного крепления. Магнитное крепление увеличивает практичность устройства, поскольку устройство может быть прикреплено к любой металлической части буровой установки по предпочтению пользователя.

Устройство обычно временно прикреплено к буровой установке на этапе выверки при подготовке буровой установки к использованию и удалено до приведения в действие буровой установки. Устройство обычно сохраняет неподвижное положение при закреплении буровой установки в положении с обеспечением ограничения возможности ее случайного перемещения при закреплении и проверки ее выверки.

Устройство согласно настоящему изобретению содержит блок головки. На блоке головки обычно установлена с возможностью удаления пара противолежащих наводящих устройства для лазерного наведения. В альтернативном варианте блок головки может содержать одно поворотное лазерное устройство.

Могут быть использованы любые наводящие устройства для лазерного наведения. Удержание каждого из наводящих устройств для лазерного наведения обычно происходит посредством удерживающих средств. Удерживающие средства обычно прикреплены друг к другу. Каждое наводящее устройство для лазерного наведения может быть перемещено относительно другого такого устройства посредством шарнира или стержня и т.п., проходящего через оба устройства.

Каждые лазерные удерживающие средства будут обычно зажимать наводящие устройства для лазерного наведения или принимать их в резьбовой захват.

Каждое лазерное удерживающее средство предпочтительно содержит пальцевидный выступ, проходящий под углом к ним. Эти пальцевидные выступы обычно обеспечивают возможность перемещения каждого лазера с направлением на маркшейдерские знаки при выверке.

Лазерные удерживающие средства могут быть размещены между опорной и лицевой пластинами. Каждая из пластин и обычно лазерные удерживающие средства будут содержать по меньшей мере одну магнитную полоску. Соответствующие магнитные полоски будут предпочтительно функционировать для обеспечения магнитного зажима лазерных удерживающих средств с их удержанием на месте после выверки по маркшейдерским знакам или колышкам. В лицевой пластине может быть выполнена пара дугообразных отверстий, через которые проходят пальцевидные выступы.

Несмотря на то что предпочтительны вышеописанные магнитные средства, можно использовать любые съемные крепежные средства.

Важно перемещение каждого из лазерных устройств только в плоскости, расположенной по существу вертикально, так что лазерные наводящие устройства могут совершать только перемещение вверх и вниз, а не в поперечном направлении. Таким образом, блок головки будет расположен параллельно основанию.

Крепежные средства блока головки предпочтительно соответствуют крепежным средствам для прикрепления блока головки к буровой установке.

Предпочтительно использование крепления в виде возбуждаемого электромагнита. Это крепежное средство обычно имеет регулируемую длину для регулирования расстояние в целом между буровой установкой и буровой штангой, в частности и блоком головки.

Регулирующие средства для регулирования длины обычно содержат блок стержня или рычага, выполненный с возможностью регулирования его длины. На одном из концов блока рычага обычно расположен блок головки, а на противоположном конце будет расположено основание для прикрепления блока рычага к буровой установке. Блок рычага может быть выполнен с возможностью регулирования его длины, включая телескопический способ или формирование нескольких частей рычага, выполненных с возможностью их прикрепления друг с другом.

Кроме того, обычно существует возможность перемещения блока головки но направлению вверх и вниз относительно буровой установки.

Кроме того, может быть использован вариант с «удаленным управлением». Для пояснения этого, буровые установки иногда выполнены с возможностью приведения их в действие одним человеком. Более большие буровые установки представляют собой устройства среднего размера, содержащие управляющую кабину для приведения в действие мачты стрелы и различные другие компоненты. Поскольку лазерный блок прикреплен к буровой установке, то единственному оператору может быть затруднительно (а) управлять всей буровой установкой из кабины с одновременным (b) наличием необходимости выхода из кабины для проверки лазерного блока. Таким образом, может быть использован лазерный блок с удаленным управлением, в котором лазеры могут быть прикреплены к двигателю некоторого типа или приводному приспособлению другого типа для регулирования лазеров и в котором телескопическая штанга может быть выдвинута и задвинута путем удаленного управления. Управление лазерным блоком может происходить из кабины.

Еще одна дополнительная возможность состоит в наличии сигнального устройства (которое может быть выполнено световым), излучающее свет при правильной выверке лазеров. Для этого отражающая полоска может быть размещена на маркшейдерском знаке, а при правильной выверке лазерного луча происходят его отражение от отражающей полоски и возвращение назад к датчику, расположенному на лазерном блоке, который затем может приводить в действие сигнальное устройство при правильной выверке лазера. Может быть использован звуковой сигнал, однако шахта представляет собой очень шумное место, а визуальный возможно представляет собой наиболее подходящий сигнал.

Еще одна дополнительная возможность состоит в наличии цифрового уклономера, прикрепленного к лазерному блоку (обычно к телескопическому стержню). Затем цифровой уклономер может обеспечить точный угол возвышение или уклон буровой установки, который необходимо быстро определить, а при использовании двух лазеров (для определения азимута) буровая установка может быть точно ориентирована. После прикрепления уклономера к лазерному блоку его также можно удалить до приведения в действие буровой установки.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Различные примеры реализации настоящего изобретения описаны согласно прилагаемым чертежам.

На фиг.1 показан перспективный вид работающей буровой установки с приведенной в действие стрелой.

На фиг.2 показан перспективный вид буровой установки по фиг.1 при отображении с еще одного угла обзора.

На фиг.3 показан вертикальный вид сбоку установленной обычной буровой установки с опорной рамой, прикрепленной анкерами к полу.

На фиг.4 схематически показан изометрический вид устройства по настоящему изобретению согласно предпочтительному примеру реализации настоящего изобретения.

На фиг.5 показан перспективный вид буровой установки с устройством для лазерной выверки согласно первому примеру реализации настоящего изобретения, временно прикрепленным к буровой установке.

На фиг.6 показан перспективный вид буровой установки с устройством для лазерной выверки согласно второму примеру реализации настоящего изобретения, временно прикрепленным к буровой установке.

На фиг.7 показаны виды устройства и его компонент согласно предпочтительному примеру реализации настоящего изобретения.

На фиг.8 показан перспективный вид в разобранном состоянии альтернативного варианта крепежного приспособления для закрепления устройства согласно настоящему изобретению.

На фиг.9 показан вид сбоку крепежного приспособления по фиг.8 и в собранном состоянии.

На фиг.10 схематически показан вид сверху с выверкой буровой установки с использованием настоящего изобретения.

На фиг.11 схематически показан вид сбоку конструкции по фиг.12.

На фиг.12 схематически показан перспективный вид буровой установки с закрепленным и выверенным устройством согласно предпочтительному примеру реализации настоящего изобретения.

На фиг.13 схематически показан еще один перспективный вид буровой установки с закрепленным и выверенным устройством согласно предпочтительному примеру реализации настоящего изобретения.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Согласно предпочтительному примеру реализации настоящего изобретения обеспечено лазерное устройство для использования с буровой установкой, к которой оно прикреплено.

Обычная буровая установка показана на фиг.3. Буровая установка представляет собой установку серийного типа и обычно содержит пару параллельных стальных подающих рельсов 10, которые обычно имеют длину, составляющую от 1,5 м до 6 м. Тележка 11 совершает перемещение по верхней части каждого из подающих рельсов и может совершать возвратно-поступательное перемещение между показанным выше задвинутым положением и выдвинутым положением при перемещении тележки к лицевой части подающих рельсов 10. Гидравлический поршень 12 перемещает тележку между ее положениями. На верхней части тележки расположено высокоскоростное гидравлическое поворотное приспособление 13. Это поворотное приспособление обычно совершает поворот со скоростью, составляющей от 1000 до 10 000 оборотов в минуту. Буровая штанга (не показана) проходит в переднее отверстие поворотного приспособления, а ее поворот происходит посредством поворотного приспособления. В передней части буровой установки расположен центратор 14, через который проходят стержни и функция которого состоит в сохранении выравнивания стержней и минимизации «колебаний». Гидравлический поршень 15 связан с центратором. Поршень проходит для фиксации буровой штанги при прекращении ее поворота.

На фиг.5 и фиг.6 показана аналогичная буровая установка, однако лазерный блок выполнен отличным в отношении его крепления к буровой установке.

На фиг.7 показаны различные части лазерного блока.

Обычно лазерное устройство временно прикреплено к буровой установке при выполнении процесса выверки, а затем происходит его удаление до выполнения операции бурения. Кроме того, обычно лазерный блок сохраняет свое положение, поскольку буровая установка закреплена в необходимом положении в случае неожиданного перемещения при закреплении. После закрепления буровой установки происходит удаление лазерного устройства и начало бурения.

Предусматривается, что лазерное устройство представляет собой отдельное устройство, которое можно прикрепить к любому серийному типу буровой установки. Таким образом изобретатель полагает, что магнитное крепление лазерного блока к буровой установке будет представлять собой наиболее универсальное крепление, поскольку это означает, что лазерный блок может с легкостью быть магнитно прикреплен к любой производимой буровой установке. Кроме того, такое крепление обеспечивает возможность закрепления лазерного блока в любом надлежащем положении на буровой установке.

На практике предусмотрено, что в большинстве случаев лазерный блок будет прикреплен к одной из подающих рам буровой установки по фиг.5 и фиг.6. Подающие рамы выполнены из стали.

На фиг.5 наилучшим образом показано крепление лазерного блока. Согласно одному из примеров реализации, обычно показанному ссылочным номером 20А, лазерный блок содержит основание 20, в котором расположен сильный магнит. Переключатель расположен на блоке основания, а поворот переключателя приводит к повороту сильного магнита в основании между положением магнитного закрепления и свободным положением, в котором весь лазерный блок может быть удален. В настоящем изобретении указано на известность устройства такого типа.

На фиг.6 показан альтернативный вариант крепления 20В лазерного блока, неиспользующего магнит. Вместо этого использована обычная конструкция крепежа. Недостаток этого альтернативного варианта крепления состоит в том, что в данном варианте крепления нет необходимости в приваривании крепежей или их эквивалентов к подающим рамам, что может приводить к формированию выступов, они могут образовывать «зацепляющиеся» точки, наличие которых нежелательно.

Несмотря на целесообразность использования магнитного крепления, могут также быть использованы другие типы креплений, например временные зажимы конструкции типа шип и углубление, крепежи, и возможно использование скоб и т.п. Кроме того, изобретатель не видит какой-либо причины точно указывать место крепления лазерного блока к буровой установке. На практике наиболее вероятно выполнение крепления на подающей раме, однако в этом нет необходимости.

Стержень 21 проходит по направлению наружу от монтажной пластины или монтажного блока. В конкретном примере реализации стержень выполнен с возможностью регулирования его длины, причем это можно реализовать посредством телескопического стержня. Стержень должен иметь длину, достаточную для обеспечения возможности выверки лазеров относительно маркшейдерских знаков на шахтной стенке.

Поскольку обычная буровая установка может быть расположена не ближе, чем примерно 1 м от используемых в настоящее время «линий разметки», то полагают, что стержень должен быть выполнен с возможностью его удлинения по, меньшей мере до примерно 1 м. Для небольших буровых установок стержень должен быть выполнен с возможностью его удлинения по меньшей мере от 20 см до 1,5 м, а для больших буровых установок необходимо использовать более длинный стержень, например от 1,5 м до 4 м.

Обычно используют две стержневые конструкции: телескопическую конструкцию, предназначенную для меньших блоков и, таким образом, выполненную с возможностью ее удлинения от 20 см до 1,5 м, вторую стержневую конструкцию, длина которой составляет от 1,5 м до 4 м и которая может быть использована для более больших блоков.

К концу стержня прикреплены два противолежащих наводящих лазера. Преимущество настоящего изобретения состоит в том, что использованы два наводящих лазера 22, 23 (см. фиг.7) с точкой наведения в противоположных направлениях. Каждый из лазеров может представлять собой серийно выпускаемый лазер и может быть закреплен в лазерном держателе. Таким образом необходимы два лазерных держателя.

Лазерные держатели соединены друг с другом посредством крепежа 24, причем важно, что каждый держатель (и, таким образом, каждый лазер) может быть закреплен шарнирно или с возможностью поворота относительно другого лазерного держателя.

Каждый лазерный держатель содержит пальцевидный выступ 25, 26. это обеспечивает возможность удержания и перемещения каждого из лазеров в зависимости от маркшейдерских знаков. Кроме того, каждый лазерный держатель имеет магнитную полоску.

Лазерные держатели расположены между опорной пластиной 27 (см., например, фиг.6; она может быть выполнена из тонкого металла или пластика) и лицевой пластиной 28. Кроме того, опорная пластина имеет магнитные полоски (см. фиг.7). Эти магнитные полоски магнитно прикреплены к магнитной полоске на каждом лазерном держателе. Таким образом, после выверки конкретного лазерного держателя относительно маркшейдерского знака лазерный держатель будет удержан на месте посредством магнитной полоски 30 на опорной пластине, прикрепленной к магнитной полоске на лазерном держателе. Лицевая пластина 28 имеет пару дугообразных отверстий 29, через которые проходят пальцевидные выступы 25, 26 и которые обеспечивают возможность поворота лазеров 22, 23.

Преимущество «двойных» лазеров может быть лучше пояснено согласно фиг.10 и 11, на которых показаны грубые схематические виды. На фиг.10 предоставлен вид сверху на устройство, причем отображены самоходное колесное или тракторное транспортное средство 30, стойка 31 стрелы и буровая установка 32. Кроме того, на фиг.10 и фиг.11 показаны два маркшейдерских знака 33 и 34. На виде сбоку (фиг.11) отображено расположение одного из маркшейдерских знаков (например, ссылочный номер 33) в верхней части шахтной стены и расположение другого маркшейдерского знака (34) у основания шахтной стены. В этом нет ничего необычного, однако при использовании линий разметки очень сложно выполнить идеальную выверку буровой установки относительно линии разметки.

При использовании двойных лазеров (см., в частности, фиг.11) лицевой лазер может быть повернут по направлению вверх для наведения на верхний знак 33, а тыльный лазер может быть повернут по направлению вниз для наведения на нижний знак 34. При отображении сверху (фиг.10) это похоже на прямую линию, однако при отображении сбоку (фиг.11) можно заметить, что два лазера расположены под углом друг к другу. Однако исключительно важно проецирование лазерами "прямой" линии при отображении сверху (фиг.10), это обеспечивает возможность выверки буровой установки 32 с использованием этих лазеров, которые должны быть расположены полностью параллельно этой линии. Таким образом, передняя часть 35 буровой установки и задняя часть 36 буровой установки обязательно должны быть расположены точно на одинаковом расстоянии от воображаемой линии, сформированной лазерами (см. фиг.10). Любое отклонение может привести к отказу от использования пробуренной скважины. Это отклонение может представлять собой «азимут» и, таким образом, основная функция лазерного блока состоит в обеспечении отсутствия отклонения от необходимого значения азимута.

Угол «возвышения» может быть отображен в качестве угла отклонения буровой установки от горизонтальной плоскости (например, к шахтному полу), причем это отклонение может быть легко отрегулировано посредством устройства. Таким образом, согласно фиг.6, буровая установка еще не была правильно «возвышена», так что буровая установка в итоге пробурит скважину рядом с верхним маркшейдерским знаком 33. После выверки всех важных «азимутальных» значений буровой установки происходит закрепление буровой установки (например, путем привинчивания к полу), а угол возвышения буровой установки затем может быть отрегулирован с использованием гидравлики устройства.

По этой причине очень важно, что лазеры могут совершать перемещение только вверх и вниз и не могут совершать перемещение в поперечном направлении. Любое поперечное перемещение может нарушить правильный азимут, что нежелательно. Кроме того, очень важно расположение лазеров точно параллельно буровой установке при прикреплении к ней лазерного блока. Изобретатель сообщает, что буровые установки выполнены очень точными, а подающие рамы на буровой установке расположены точно параллельно буровым штангам. Таким образом, прикрепление лазерного блока к подающей раме приводит к проецированию лазерами лазерного луча, направленного точно параллельно буровым штангам. Кроме того, важно, чтобы при производстве лазерных блоков лазерные держатели были расположены точно параллельно магнитному монтажному блоку на стеночной монтажной раме.

На фиг.4 согласно еще одному предпочтительному примеру реализации настоящего изобретения показан перспективный вид блока 50 головки лазерного устройства, содержащего световые индикаторы 37, которые приведены в действие после достижения точного значения азимута. Кроме того, показан альтернативный вариант способа соединения блока головки со стержнем для обеспечения простого и легкого крепления и удаления.

Блок 50 головки содержит сквозное отверстие. Втулка 38 размещена в отверстии. Стержень 21 устройства имеет концевую часть с внутренней резьбой, в которую ввинчен резьбовой крепеж 39. Резьбовой крепеж 39 проходит через втулку 38, расположенную в блоке 50 головки, с возможностью быстрого и легкого прикрепления блока 50 головки к стержню 21. Уплотнительное кольцо 40, или аналогичный элемент, введено для минимизации нежелательного поворота блока 50 головки относительно стержня 21.

На фиг.13 согласно еще одному примеру реализации настоящего изобретения показана буровая установка 80 с рамой 82 в задней части стрелы 81. Рама 82, в свою очередь, удерживает съемный лазерный блок 83, содержащий поворотный или неподвижный лазер 85, выполненный с возможностью проецирования лазерного луча 84 на концы лицевой и тыльной стенок туннеля. Кроме того, блок 83 содержит уклономер для получения данных об угле наклона, а устройство захватывает данные об отклонении буровой установки в горизонтальной плоскости. Лазерный блок расположен таким образом, что излучаемый луч проходит параллельно шахте скважины. Это означает, что буровая установка 80 перемещается в положение, в котором выверка лазерного луча происходит на передней знаковой метке 86 и задней знаковой метке 87, расположенных соответственно на передней и задней стенках согласно фиг.14А, при этом правильное положение буровой установки для выполнения бурения показано на фиг.14В.

Рамка 82 содержит съемный удлинитель 88, который можно безопасно хранить при отсутствии необходимости его использования. Кроме того, удлинитель содержит зубчатую рейку 89, используемую для обеспечения возможности возвратно-поступательного перемещения блока 83 головки. Эта функции обеспечивает возможность выполнения точной регулировки, которая может быть необходима для компенсации перемещения буровой установки 80 относительно маркшейдерских знаков.

В редком случае буровая установка 80 не выполнена с возможностью ее размещения достаточно близко к знаковым точкам для обеспечения достижения лазерными лучами этих знаков, затем не могут быть визуально выполнены приблизительная выверка и точная регулировка путем измерения расстояний между лазерным лучом 84 и меткой на переднем знаке 86 и заднем знаке 87.

Зажим на рамке 82 содержит регулируемые крепежные точки, так что он может быть приспособлен для большей части буровых установок, используемых в данной заявке.

Предпочтительный пример реализации настоящего изобретения по фиг.15 представляет собой еще один вариант настоящего изобретения, обеспечивающий возможность выверки буровой установки относительно знаковых точек без необходимости неявной выверки лазерных лучей относительно знаковых меток.

Этот пример реализации настоящего изобретения имеет все функциональные возможности примера реализации по фиг.13, однако дополнительно содержит направляющее устройство, такое как компас или гирокомпас, что обеспечивает возможность выверки оператором буровой установки 80 согласно направлению, полученному из плана местности, или путем воспроизведения направления, полученного из удаленных данных, полученных путем выверки компаса относительно переднего знака 86 и заднего знака 87. Обеспечен лазерный и/или компасный блок 90, содержащий лазерный блок и компас или направляющий блок.

В этом примере реализации настоящего изобретения нет необходимости в наличии расширенной вспомогательной системы или возможности перемещения лазерного и/или компасного блока 90 относительно буровой установки 80 (согласно использованию в предыдущем примере реализации), поскольку нет какой-либо необходимости в выверке лазера по знаковым меткам при прикреплении блока к буровой установке.

При использовании происходит передача удаленных данных на компас или их получение от него вследствие выверки компаса по знаковым точкам, расположенным на передней и задних стенках, с использованием лазерного луча 84. Эти данные могут быть переданы на буровую установку 80 путем использования лазерного и/или компасного блока 90, имеющего указанные данные, и прикрепления его к буровой установке 80. Фактические данные могут быть переданы на буровую установку или знак может быть использован для фиксирования нулевой точки на компасе при его выверке по знаковым меткам, и затем буровая установка может быть выверена по нулевой точке, заданной тем знаком.

Например, согласно фиг.16А, лазерный и/или компасный блок 90 размещен на треноге, а при использовании лазера, выверенного по переднему и заднему знакам, точное значение угла заглубления, полученное от размещенного на треноге блока 90 составляет 45 градусов. И теперь циферблат компаса, согласно предпочтительному примеру реализации, может быть повернут для получения значения, составляющего 0 градусов.

Согласно фиг.16В лазерный и/или компасный блок 90 затем может быть установлен на рамку 82, размещенную на буровой установке 80, а затем происходит поворот всей буровой установки до отображения на компасе нулевого значения. Согласно фиг.16Е буровая установка 80 будет расположена параллельно знаковым точкам при отображении на компасе нулевого значения.

Если данные необходимо получить на основании планов местностей, то компас следует откалибровать относительно планов местностей до передачи каких-либо данных на буровую установку. Это было бы необходимо для введения поправок на конкретные координатные сетки местностей, которые могут быть отклонены от северного направления на постоянное число градусов. В этих ситуациях направление может быть задано путем простого переноса курса, определенного на планах, на буровую установку. В альтернативном варианте точные данные о северном направлении могут быть перенесены непосредственно на буровую установку, причем следует учитывать любые аномалии местности при задании направления.

Для выполнения оператором буровой установки выверки буровой колонны по знаковым точкам он оценивает правильное расстояние до переднего знака, а затем поворачивает буровую установку до достижения необходимого направления. Используемые направляющие устройства должны быть выполнены невосприимчивыми к любому из внешних воздействий, таких как магнитные эффекты, обычно присутствующие в шахтах, которые могут влиять на их точность.

Компас, гирокомпас или любой тип считывателя и/или повторителя направления и считыватель отклонения (уклономер) также могут быть использован для выверки любого типа поверхностной буровой установки или бурильного оборудования, которое необходимо выверять. В альтернативном варианте гирокомпас для задания точного направления на север может быть использован для выверки буровой установки или оборудования по необходимому азимуту, а уклономер может быть использован для определения глубины или гирокомпас может быть установлен по шахтной координатной сетке в зависимости от требований пользователя и может быть прикреплен к мачте буровой установки, или стороне или любой части буровой установки или оборудования.

Предусмотрены обеспечение безопасного хранения передвижных блоков и их перемещение к буровой установке.

В настоящем описании и формуле изобретения (при необходимости) слово «содержащий» и его производные, включая слово «содержит», включает каждый из указанных элементов, но не исключает включения по меньшей мере одного дополнительного элемента.

В настоящем описании ссылка на «один из примеров реализации настоящего изобретения» или «пример реализации настоящего» означает, что конкретная особенность, структура или характеристика, описанные согласно примеру реализации настоящего изобретения, включена по меньшей мере в один из примеров реализации настоящего изобретения. Таким образом, появление фраз "в одном из примеров реализации настоящего изобретения» или «в примере реализации настоящего изобретения» в разных местах в описании необязательно все относятся к одному примеру реализации. Кроме того, конкретные особенности структуры или характеристики можно сочетать любым подходящим образом по меньшей мере в одной из комбинаций.

В соответствии с законодательством настоящее изобретение описано на языке, более или менее подходящем для обеспечения структурных или методических особенностей. Следует, что изобретение не ограничено показанными или описанными конкретными особенностями, поскольку описанные в настоящей заявке средства содержат предпочтительные варианты настоящего изобретения. Таким образом, настоящее изобретение заявлено в любом из своих вариантов и модификаций в пределах соответствующего объема прилагаемой формулы изобретения (при ее наличии), надлежащим образом интерпретированной специалистами в уровне техники.

Изобретение относится к устройствам для выверки и, в частности, к устройствам, которые могут быть использованы для выверки буровых установок с обеспечением правильного азимута бурения. Устройство для лазерной выверки, предназначенное для использования с буровой установкой, имеющей удлиненную буровую штангу, и содержащее блок головки, содержащий по меньшей мере пару лазерных излучающих устройств, расположенных на нем независимо друг от друга, причем каждое из лазерных устройств выполнено с возможностью перемещения только в одной плоскости и ориентировано по существу в противоположных направлениях относительно друг друга для задания плоскости выверки, крепежные средства для прикрепления блока головки к буровой установке и блок регулируемой длины для регулирования разделяющего расстояния между блоком головки и буровой штангой. Устройство для лазерной выверки выполнено с возможностью использования для выверки по меньшей мере азимута буровой штанги относительно маркшейдерских знаков с использованием плоскости выверки. 4 н. и 21 з. п. ф-лы, 21 ил.

1. Устройство для лазерной выверки, предназначенное для использования с буровой установкой, имеющей удлиненную буровую штангу, и содержащее:
блок головки, содержащий по меньшей мере пару лазерных излучающих устройств, расположенных на нем независимо друг от друга, причем каждое из лазерных устройств выполнено с возможностью перемещения только в одной плоскости и ориентировано по существу в противоположных направлениях относительно друг друга для задания плоскости выверки,
крепежные средства для прикрепления блока головки к буровой установке и
блок регулируемой длины для регулирования разделяющего расстояния между блоком головки и буровой штангой,
причем устройство для лазерной выверки выполнено с возможностью использования для выверки по меньшей мере азимута буровой штанги относительно маркшейдерских знаков с использованием плоскости выверки.

2. Устройство по п.1, выполненное с возможностью выверки буровой установки до закрепления буровой установки в положении для бурения скважины.

3. Устройство по п.1 или 2, в котором на блоке головки размещена с возможностью удаления пара противолежащих наводящих устройств для лазерного наведения.

4. Устройство по п.1, в котором удержание каждого из указанных наводящих устройств происходит посредством удерживающих средств для удержания лазера.

5. Устройство по п.4, в котором удерживающие средства для удержания лазера закреплены относительно друг друга.

6. Устройство по п.4, в котором каждое из указанных наводящих устройств прикреплено друг к другу и выполнено с возможностью перемещения относительно друг друга посредством стержня.

7. Устройство по п.4, в котором лазерные удерживающие средства для удержания лазера размещены между опорной и лицевой пластинами.

8. Устройство по п.7, в котором каждое из удерживающих средств для удержания лазера содержит пальцевидный выступ, проходящий под углом к ним.

9. Устройство по п.8, в котором в лицевой пластине выполнена пара дугообразных отверстий, через которые проходят пальцевидные выступы.

10. Устройство по пп.1, 2, 4-7, 9, в котором наводящие устройства для лазерного наведения прикреплены к блоку головки посредством магнитного крепления.

11. Устройство по пп.1, 2, 4-7, 9, в котором крепежные средства содержат рычаг регулируемой длины, связанный с блоком головки и основанием, расположенным на противоположном относительно блока головки конце рычага.

12. Устройство по пп.1, 2, 4-7, 9, содержащее выверяющее приспособление с удаленным управлением, которое имеет приводное приспособление для регулирования каждого из наводящих устройств для лазерного наведения и в котором телескопическая штанга выполнена с возможностью удаленного вытягивания и втягивания.

13. Устройство по пп.1, 2, 4-7, 9, содержащее извещающие средства для извещения пользователя при точной выверке наводящего устройства для лазерного наведения.

14. Устройство по п.13, в котором извещающие средства содержат визуальное извещение.

15. Устройство по п.13, в котором извещающие средства содержат акустическое извещение.

16. Устройство по пп.14 и 15, в котором на маркшейдерском знаке расположена отражающая полоска, так что при точной выверке лазерного луча произойдет его отражение от отражающей полоски и возврат к датчику, расположенному на блоке головки и приводящему в действие извещающие средства.

17. Устройство по пп. 1, 2, 4-7, 9, 14, 15, содержащее цифровой уклономер, прикрепленный к указанному устройству с обеспечением точного угла возвышения буровой установки, который необходимо быстро определить, и вместе с двумя наводящими устройствами для наведения лазера для определения азимута обеспечена возможность точной выверки бурильной установки.

18. Устройство по пп. 1, 2, 4-7, 9, 14, 15, выполненное с возможностью использования для регулирования угла возвышения буровой штанги.

19. Установка, содержащая удлиненную буровую штангу и устройство по пп.1-18.

20. Установка по п.19, в которой устройство для лазерной выверки съемно прикреплено к подающей направляющей и удалено до начала бурения.

21. Установка по п.19 или 20, в которой устройство для лазерной выверки магнитно прикреплено к буровой установке.

22. Устройство для лазерной выверки, предназначенное для использования с буровой установкой с удлиненной буровой штангой и содержащее:
блок головки, содержащий по меньшей мере одно лазерное излучающее устройство, включая одно поворотное лазерное устройство, выполненное с возможностью перемещения только в одной плоскости, по существу параллельной буровой штанге таким образом, что поворотное лазерное устройство задает плоскость выверки путем поворота,
крепежные средства для прикрепления блока головки к буровой установке и
регулируемый блок для регулирования положения блока головки относительно буровой штанги,
причем устройство для лазерной выверки выполнено с возможностью использования для выверки по меньшей мере азимута буровой штанги относительно маркшейдерских знаков с использованием плоскости выверки.

23. Устройство для лазерной выверки, предназначенное для использования с буровой установкой, содержащей удлиненную буровую штангу, и содержащее:
блок головки, содержащий по меньшей мере одно лазерное излучающее устройство, включая одно поворотное лазерное устройство, выполненное с возможностью перемещения только в одной плоскости таким образом, что поворотное лазерное устройство задает плоскость выверки путем поворота,
крепежные средства для прикрепления блока головки к буровой установке и
регулируемый блок для регулирования положения блока головки относительно буровой штанги,
причем плоскость выверки по существу параллельна буровой штанге, а устройство для лазерной выверки выполнено с возможностью выверки по меньшей мере отклонения буровой штанги относительно маркшейдерских знаков в горизонтальной плоскости с использованием плоскости выверки.

24. Устройство по п.22 или 23, в котором по меньшей мере одно лазерное излучающее устройство установлено с возможностью поворота.

25. Устройство по п.22 или 23, дополнительно содержащее уклономер для обеспечения точного отклонения буровой штанги.